Antimaddenin kütleçekimsel etkileşimi

Normal kütleçekiminin deneysel kanıtlara faydasından biri de Süpernova 1987A'daki nötrinoların gözlemi oldu. 1987'de dünyanın çeşitli yerlerinden eş zamanlı olarak üç nötrino detektörü Büyük Macellan Bulutunun süpernovasından gelen nötrino akışını gözlemledi ve süpernova 164,000 ışık yılı uzaklıkta olmasına rağmen yine eş zamanlı antinötrino ve nötrino akışı sanal olarak tespit edildi. Eğer ikisi de gerçek anlamda gözlemlenebilmiş olsaydı, kütleçekimsel etkileşimdeki fark çok küçük olurdu. Nötrino detektörleri antinötrino ile nötrinoyu birbirinden iyi ayırt edemiyor ve aslında ikisi arasında bir fark olmayabilir. Bazı fizikçiler gözlemlenmiş nötirinoların devamlı (sıralı) nötrino olma olasılığının %10'dan az olduğunu iddia etmekte. Diğer bir tahmin ise %1den düşük olduğu yönünde [6] Ne yazık ki, bu değerlerin geliştirilmesi yakın zaman için pek mümkün değil. Süpernova 1987A'ya en yakın, bilinen son  süpernova (G1.9+0.3)1867'de gerçekleşmişti. [7]

Fizikçi William Fairbank elektronların ve pozitronların kütleçekim ivmelerini doğrudan ölçmek için laboratuvar deneyleri yapma girişiminde bulundu. Fakat bu parçacıkların yük/kütle oranı çok büyük olduğu için elektromanyetik etki deneye engel oldu.

Parçacık seviyesindeki kütleçekim kuvvetlerini doğrudan gözlemlemek oldukça zor. Yüklü parçacıklarda, elektromanyetik kuvvet ondan çok daha zayıf olan kütleçekim etkileşimini baskılar. Nötral antimaddedeki antiparçacıkların bile -antihidrojen gibi- deney ekipmanındaki eşlerinden uzak tutulması gerekir ki bu da çok güçlü elektromanyetik alan gerektirir. Bu alan , örneğin atomik formdaki kapandaki, Dünyanın antiparçacığa ve yakınındaki test kütlesine uyguladığı kütleçekimini kolayca baskılayabilecek bir kuvvet üretir. Bütün antiparçacık üretim yöntemleri yüksek enerjili antimadde parçacıklarıyla sonuçlandığı için, kütleçekim etkilerini gözlemlemek için gereken soğutma sistemi detaylı deneysel teknikler ve dikkatli kontrol gerektirir.

2010 yılından bu yana soğuk antihidrojen üretimi CERN'deki ATHENA, ATRAP ve ALPHA deneyleriyle mümkün hale geldi. Elektriksel olarak nötr olan bir antihidrojenin, Dünyayla antimadde parçacığı arasındaki kütleçekim etkileşiminin doğrudan ölçümünü mümkün kılması gerekir. 2013'te antihidrojen deneylerinde ALPHA düzeneğinden salınan atomlar serbest düşüşle kabaca antimadde kütleçekimini sınırladılar.[8] Bu kabaca sınırlama göreceli olarak %±100 hassasiyette olduğu için yine kütleçekimin işaretini söyleyebilmek için yetersizdi. Gelecekte yapılacak deneylerde, AEGIS ve GBAR gibi antihidrojen ışınları veya ALPHA gibi sıkıştırılmış antihidrojenler hassasiyeti arttırıp antimadde üzerindeki kütleçekimle ilgili daha net sonuçlara varılmasını sağlayabilir .[9]

Eşdeğerlik İlkesine göre antimaddeye etki eden kütleçekim normal maddeye etki edenle aynı olmalıdır. Dolayısıyla madde ve antimadde arasında kütleçekimsel bir tepki oluşmaması gerekir. Ayrıca standart model çerçevesinde kendi kendinin antiparçacıkları olan fotonlar, yapılan deneylerde genel görelilik teorisinde tahmin edildiği gibi normal maddenin kütleçekim alanıyla etkileşime girdi. Bu da maddeyle antimaddenin birbirinini ittiğini açıklayacak başka bir teori gerektirdi.

CPT teoremine göre (burada C yük, P eşitlik T ise zamanın terse dönümünü temsil etmekte) maddeyle onun antimadde karşılığı arasındaki özellik farkları C-ters dönümü tarafından izah edilebilir. C-ters dönümü kütleyi etkilemediğinden bu teoreme göre maddeyle antimaddeye etki eden kütleçekimsel kütle aynı olmalı.[11]  Bu durumda tepkisel kütleçekim bu teoremin dışında kalır çünkü tepkisel kütleçekim olması madde ve antimadde arasındaki gözlemlenebilen kütleçekimin farklı işaretlere sahip olmasını gerektirir.

1958'de, Philip Morrison antikütleçekiminin enerjinin korunumuna aykırı olacağını iddia etti. Eğer madde ve antimadde zıt kütleçekimlere sahip olsaydı, parçacık-antiparçacık çiftinin boyunu değiştirmek hiç enerji gerektirmezdi. Fakat, ışık kütleçekim potansiyelinde ilerlerken, frekans ve enerjisi yer değiştiriyor. Morrison'a göre enerji madde ve antimaddenin tek yükseklikte üretilip sonra yükseltilmesiyle oluşuyor, çünkü foton üretiminde harcanan enerji onu yok etmek için gereken enerjiden daha azdı. [12] Ancak daha sonradan antikütleçekimin termodinamiğin ikinci yasasına aykırı olmadığı bulundu.[13]

Daha sonra, 1958 yılında, Leonard l. Schiff antikütleçekimin Eötvös'ün deneyinin sonuçlarına ters düştüğünü göstermek için kuantum alan teorisini kullandı.[14] Ancak, Schiff'in kullandığı renormalizasyon tekniği çok ağır eleştirildi ve çalışması yetersiz görüldü.[10] 2014'te aynı iddia Cabbolet tarafından tekrar ortaya atıldı ama bu sadece standart modelle kütleçekimsel tepki arasındaki uyuşmazlığı göstermekle kaldı .[15]

1961'de, Myron L. Good antikütleçekimin kaonların yenilenmesi sırasında kabul edilemez çoklukta CP(elektrik yükü ve eşitlik) bozunumu gözlemlenmesi sonucu ortaya çıkacağını iddia etti.[16] O zamanlar CP bozunumu henüz gözlemlenmemişti ama Good'un iddiasının büyük potansiyel taşıdığı düşünüldü. Gabriel Chardin bu iddianın göreceli potansiyel bakımından yeniden düzenlenmesiyle bu bozunumun bir miktar kaon yenilenmesi sonucu ortaya çıkabileceğini buldu. [17] Sonrasında kendi K mezon modelini temel alarak antikütleçekimin aslında CP bozunumunun potansiyel açıklaması olduğunu iddia etti. Vardığı sonuçlar 1992'ye kadar sadece iddia olarak kaldı fakat sonrasında B mezonlarındaki CP bozunumu üzerine yapılan çalışmalar bu açıklamaların doğru olmadığını gösterdi.

Gerardus 't Hooft'a göre, her fizikçi kütleçekimsel tepki fikrindeki problemi fark eder: eğer bir topu geri düşmesi için yukarı atarsak, yaptığı hareket simetrik olur; ve bu yüzden, top zıt zaman boyutunda da aşağı düşer.[18] Madde parçacığı zıt zaman boyutunda antiparçacık olduğu için, Hooft'un iddiasına göre antimadde Dünyaya normal maddeymiş gibi düşer. Fakat, Cabbolet bunun hatalı olduğunu ve sadece antimaddenin antidünyaya düştüğünü kanıtladığını söyledi [19]